超聲波霧化器

1、超聲波霧化器 摘 要 在日常生活中霧化器得到了廣泛的應(yīng)用，但是現(xiàn)有的霧化器都需要手工控 制開(kāi)啟和關(guān)閉并且不具備對(duì)室內(nèi)空氣溫濕度的監(jiān)測(cè)，人們?cè)谑褂眠^(guò)程中存在過(guò) 度加濕和干燒的問(wèn)題，不僅給室內(nèi)空氣舒適度造成負(fù)面影響并且還存在安全隱 患。因此開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種價(jià)格低廉、功耗低、具有自動(dòng)控制功能的霧化器顯得尤 為必要。本設(shè)計(jì)采用智能控制，以 AT80S51 單片機(jī)為核心，外接輔助電路，通 過(guò)實(shí)現(xiàn)加濕器的防干燒、聲光報(bào)警、智能開(kāi)啟和關(guān)閉以及室內(nèi)溫濕度的顯示功 能基本實(shí)現(xiàn)霧化器的智能化。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能；霧化器；相對(duì)濕度；傳感器； 目 錄 第 1 章 緒論 .5 1.1 概況 .5 1.2 本文研究?jī)?nèi)容

2、.5 第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).5 2.1 總體設(shè)計(jì)方案 .6 2.2 CPU 的選擇.7 2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 .8 2.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì) .9 2.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .10 2.6 CPU 最小系統(tǒng)圖.11 第 3 章 輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) .11 3.1 傳感器的選擇 .11 3.2 檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì) .12 3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器選擇.12 3.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖.12 3.3 輸出接口電路設(shè)計(jì) .13 3.4 人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì) .13 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 .15 4.1 系統(tǒng)原理圖 .15 4.2 系統(tǒng)原理綜述 .15 文獻(xiàn) .17 第 1 章 緒論

3、 1.1 概況 用途功能：超聲波加濕器是采用超聲波高頻振蕩的原理，將水霧化為一至 五微米的超微粒子，通過(guò)風(fēng)動(dòng)裝置，將水霧擴(kuò)散到空氣中，從而達(dá)到均勻加濕 空氣的目的。 現(xiàn)狀： 現(xiàn)有生產(chǎn)五個(gè)系列的產(chǎn)品，其基本單元均為組合或者說(shuō)集成式超聲 波霧化器，其整體還有電源系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、水霧輸送系統(tǒng)等，另根據(jù)不同的 使用場(chǎng)所、不同形式、不同要求設(shè)計(jì)的不銹鋼機(jī)體，組裝為不同的超聲波工業(yè) 加濕設(shè)備?，F(xiàn)有生產(chǎn)五個(gè)系列的產(chǎn)品，所具有的差別主要是在應(yīng)用領(lǐng)域不同、 控制方式不同、霧化量不同等幾個(gè)方面。首先，應(yīng)用領(lǐng)域五個(gè)系列多種領(lǐng)域； 其次；每個(gè)領(lǐng)域有側(cè)重不同的控制方式；第三，每個(gè)場(chǎng)所有不同的加濕量。 1.2 本文研究?jī)?nèi)

4、容 根據(jù)任務(wù)書(shū)內(nèi)容進(jìn)行描述（要完成的功能以及設(shè)計(jì)的內(nèi)容）根據(jù)任務(wù)書(shū)內(nèi)容進(jìn)行描述（要完成的功能以及設(shè)計(jì)的內(nèi)容） 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能：系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能： 1) 通過(guò) LED 顯示溫濕度值及水位； 2) 比較監(jiān)測(cè)到的水位，發(fā)現(xiàn)低水位時(shí)自動(dòng)掉電并聲光報(bào)警； 3) 根據(jù)相對(duì)濕度值控制加濕器的開(kāi)關(guān)。 本課題研究主要涉及以下方面：本課題研究主要涉及以下方面： 1）通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的功能及要求確定總體設(shè)計(jì)方案 2）系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 3）系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試 4）系統(tǒng)性能測(cè)試 本設(shè)計(jì)將采用智能控制，以本設(shè)計(jì)將采用智能控制，以 AT80S51AT80S51 單片機(jī)為核心，外接輔助電路，通過(guò)單片機(jī)為核心

5、，外接輔助電路，通過(guò) 實(shí)現(xiàn)加濕器的防干燒、聲光報(bào)警、智能開(kāi)啟和關(guān)閉以及室內(nèi)溫濕度的顯示功能實(shí)現(xiàn)加濕器的防干燒、聲光報(bào)警、智能開(kāi)啟和關(guān)閉以及室內(nèi)溫濕度的顯示功能 基本實(shí)現(xiàn)加濕器的智能化。基本實(shí)現(xiàn)加濕器的智能化。 第 2 章 cpu 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)任務(wù)書(shū)中的設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)內(nèi)容，畫(huà)出總體方案框圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)明各模 塊功能。 電子式互感器電子式互感器 采集器采集器 合并單元 智能終端 過(guò)程層交換機(jī) . . 圖圖 2.12.1 過(guò)程層原理框圖過(guò)程層原理框圖 表表 1.11.1 變電站情況變電站情況 圖圖 1-11-1 自動(dòng)加濕器功能原理圖自動(dòng)加濕器功能原理圖 溫度檢測(cè)：利用 D

6、S18B20 數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境實(shí)時(shí)溫度 濕度檢測(cè)：兩個(gè)溫度傳感器分別采集室內(nèi)空氣的干濕球溫度，并將采集的 溫度傳送至單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)加以處理并結(jié)合室內(nèi)濕度要求加濕器 項(xiàng)目名稱(chēng)本期規(guī)模 變壓器2 臺(tái) 35kV 進(jìn)線2 回 10kV 出線6 回 10kV 電容器組2 臺(tái) 35kV 外橋接線電氣主接線 10kV 單母分段接線 單片機(jī) 溫度傳感器 1 溫度傳感器 2 1602LCD 顯示屏 水位傳感器 加濕器開(kāi)關(guān) 聲光報(bào)警器 的 開(kāi)啟和閉合 液位檢測(cè)：利用 BZ0504 液位開(kāi)關(guān)檢測(cè)水槽實(shí)時(shí)液位。判斷有水時(shí)輸出 0V，無(wú)水時(shí) 5V。 單片機(jī)控制：我們標(biāo)配的是 AT80S51，作為核心部

7、件，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部功能的 控制。 液晶顯示：利用 1602 液晶顯示模塊。顯示實(shí)時(shí)的溫濕度。 聲光報(bào)警：當(dāng)檢測(cè)的液位低于安全值時(shí)，蜂鳴器響且 LED 燈閃亮，提醒用 戶給水槽加水。 2.2 CPU 的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)內(nèi)容，說(shuō)明 CPU 的型號(hào)，并簡(jiǎn)要介紹所選擇 CPU 的內(nèi)部 資源以及引腳結(jié)構(gòu)圖。 T89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除 只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合 在單個(gè)芯

8、片中，ATMEL 的 AT89S51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89S51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排 列如圖 2-1 所示 圖圖 2-22-2 AT89S51AT89S51 芯片引腳圖芯片引腳圖 AT89S51 共有 40 個(gè)引腳，大致可分為 4 類(lèi)：電源引腳、時(shí)鐘電路引腳、I/O 引腳、控 制線引腳。根據(jù)開(kāi)發(fā)的需要和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的自動(dòng)工作，即實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)化！ 2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 結(jié)合設(shè)計(jì)題目說(shuō)明擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器必要性，闡明控制的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器型號(hào)，并簡(jiǎn) 要概括其性能，再加上 CPU 與數(shù)據(jù)

9、存儲(chǔ)器的硬件原理圖。 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路常用 RAM 芯片：Intel 6116(2KB)、6264(8KB)、 62256(32KB)等。 RAM 是用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)的，MCS-51 系列 8 位單片機(jī)內(nèi)部有 128BRAM 存儲(chǔ) 器，CPU 對(duì)內(nèi)部 RAM 具有豐富的操作指令。但是，當(dāng)單片機(jī)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 或處理大批量數(shù)據(jù)時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的 RAM 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此時(shí)，我們可以利 用單片機(jī)的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。實(shí)訓(xùn) 6 的參考程序 1 就是一個(gè)擴(kuò) 展 RAM 的使用實(shí)例。 常用的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài) RAM（Static Random Access MemorySRAM）和動(dòng)態(tài)

10、 RAM（Dynamic Random Access MemoryDRAM） 兩種。前者讀/寫(xiě)速度高，一般都是 8 位寬度，易于擴(kuò)展，且大多數(shù)與相同容量 的 EPROM 引腳兼容，有利于印刷板電路設(shè)計(jì)，使用方便；缺點(diǎn)是集成度低，成 本高，功耗大。后者集成度高，成本低，功耗相對(duì)較低；缺點(diǎn)是需要增加一個(gè) 刷新電路，附加另外的成本。 MCS-51 單片機(jī)擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址線也 是由 P0 口和 P2 口提供的，因此最大尋址范圍為 64KB（0000HFFFFH） 。 一 般情況下，SRAM 用于僅需要小于 64KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的小系統(tǒng)，DRAM 經(jīng)常用于需 要大于 64KB 的大系統(tǒng)。 圖圖

11、2-32-3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擴(kuò)展電路圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擴(kuò)展電路圖 2.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 闡述復(fù)位電路的重要性；畫(huà)出復(fù)位電路原理圖，說(shuō)明復(fù)位條件以及復(fù)位過(guò)程 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位 信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源 插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖 3-3 所示的 RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功 能，圖 3 為其輸入-輸出特性。但解決不了電源毛刺（A 點(diǎn)）和電源緩慢下降（電池電壓不 足）等問(wèn)題 而且調(diào)整 RC 常數(shù)改變延時(shí)會(huì)令驅(qū)動(dòng)能力變差。左邊的電路為高電平復(fù)位有效 右邊為低電平 Sm 為手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)

12、Ch 可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。 圖圖 2-42-4 上電及手動(dòng)復(fù)位電路圖上電及手動(dòng)復(fù)位電路圖 2.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 闡述時(shí)鐘電路的重要性；畫(huà)出時(shí)鐘電路原理圖，說(shuō)明復(fù)電容參數(shù)值以及晶振頻 率 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生 MCS-51 單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)，MCS-51 單片機(jī)的內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格的執(zhí)行指令進(jìn)行工作，在執(zhí)行指 令時(shí)，CPU 首先要到程序存儲(chǔ)器中取出所需要的指令操作碼，然后譯碼，并由 時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制信號(hào)去完成指令所規(guī)定的操作。CPU 發(fā)出的時(shí)序信號(hào) 有兩類(lèi)，一類(lèi)用于片內(nèi)對(duì)各個(gè)功能部件的控制，另一類(lèi)用于對(duì)片外存儲(chǔ)器或 I/O 端口的控制。 MCS-51 單片

13、機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)， 有條不紊地一拍一拍地工作，因此時(shí)鐘頻率直接影響單片的速度，時(shí)鐘電路的 質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路有兩種方式，一種 是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。 圖圖 2-52-5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖 2.6 CPU 最小系統(tǒng)圖 根據(jù)上述 4 節(jié)圖，形成完整的 CPU 最小系統(tǒng)圖 圖圖 2-62-6 CpuCpu 最小系統(tǒng)圖最小系統(tǒng)圖 第 3 章 輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) 3.1 傳感器的選擇 根據(jù)所要檢測(cè)或要控制的任務(wù)，首先確定傳感器，并介紹傳感器的性能等特性。 傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信

14、息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳 輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的 首要環(huán)節(jié)。 3.2 檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì) 3.2.1A/D 轉(zhuǎn)換器選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)以及要求，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，并介紹其性能特性，轉(zhuǎn)換精度。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器即 A/D 轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱(chēng) ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?數(shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸 出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。 故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見(jiàn)的參 考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小

15、。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考 信號(hào)的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度與轉(zhuǎn)換速率，通常用輸出的數(shù) 字信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)的多少表示精度，用每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)來(lái)表示速率。轉(zhuǎn)換器 能夠準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號(hào)的能力越 強(qiáng)，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。高精度高速度的 A/D 轉(zhuǎn)換器在軍事，太空，醫(yī)療 等尖端領(lǐng)域有著致關(guān)重要的地位。 3.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖 畫(huà)出有傳感器、CPU、AD 轉(zhuǎn)換器等電路連接圖，即完整的模擬量檢測(cè)硬件電路。 圖圖 3-2-23-2-2 模擬量檢測(cè)接口電路圖模擬量檢測(cè)接口電路圖 3.3 輸出接口電路設(shè)計(jì) 圖圖 3-33-3 單片機(jī)

16、與時(shí)鐘、液晶顯示器及按鍵接口電路圖單片機(jī)與時(shí)鐘、液晶顯示器及按鍵接口電路圖 3.4 人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì) 該部分主要是設(shè)計(jì)鍵盤(pán)和顯示器，根據(jù)設(shè)計(jì)具體情況設(shè)計(jì)合理的鍵盤(pán)和顯示。 鍵盤(pán)是由若干按鍵組合而成的，常采用矩陣式連接，稱(chēng)為矩陣式鍵盤(pán)，即 每條水平線和垂直線在交叉處通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。當(dāng)需要的鍵數(shù)比較多時(shí)， 采用矩陣連接可以減少 I/O 口的占用。 利用 LED 點(diǎn)陣式顯示模塊不僅可以顯示數(shù)字，也可顯示所有西文字母和符 號(hào)，與由單個(gè)發(fā)光二極管組合連成的顯示器相比，具有焊點(diǎn)少、連線少，所有 亮點(diǎn)在同平面、亮度均勻、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，可以代替數(shù)碼管、符號(hào)管和米字 管。如果將多塊組合，可以構(gòu)成大屏

17、幕顯示屏，用于漢字、圖形、圖表等等的 顯示，因此被廣泛用于機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、碼頭、銀行及許多公共場(chǎng)所的指示、說(shuō)明、 廣告等場(chǎng)合。 第 4 章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 4.1 系統(tǒng)原理圖 圖圖 4-14-1 超聲波霧化器原理圖超聲波霧化器原理圖 4.2 系統(tǒng)原理綜述 該霧化器具有以下特點(diǎn)：分體式，即超聲霧化頭與電源和電路部分完全分離； 便攜式，體積小、即插即用、設(shè) 有自保功能；高可靠，可全天候工作；霧化量 大，與別墅的山水盆景配套可發(fā)生云霧繚繞的動(dòng)感；特別適合過(guò) 分干燥的環(huán)境 對(duì)空氣加濕，以利人的呼吸；在水中加入適量的某種溶劑，給被污染的居住環(huán) 境消毒，以預(yù)防疾 ?。ㄈ绨焉钣么锥〞r(shí)霧化，可預(yù)防流感） 。 此主

18、題相關(guān)圖 片如下： 一、電路工作原理。 該霧化器電路如圖所示，電源變壓器 （）經(jīng)降壓（ ）送整流和 、濾波后給電路提供工作電壓。霧化器工作電路由振蕩器、換能器和 水位控 制電路等組成。 振蕩器和換能器。 電路中的振蕩器是一種由高頻壓電陶瓷片（超聲 換能器）組成的工作振蕩器， 其振蕩頻率為（決定于選定的 ） 。晶體三極管和電容器、等構(gòu)成電容三點(diǎn) 式振蕩器電路。 和電感等效并聯(lián)的諧振頻率比工作頻率低，其作用是決定工作振蕩器 的振蕩幅度； 和電感等效串聯(lián)的諧振頻率比工作頻率高，其作用是決 定工作振蕩器的反饋量，以保證振蕩器起振和維 持電路的可靠振蕩。壓電陶瓷 片具有很大的等效電感，它除決定電路的工作頻率外，同時(shí)又是霧化器的 工 作負(fù)載。若更換壓電陶瓷片，無(wú)需調(diào)整電路其他參數(shù)，其振蕩器頻率也 能自動(dòng)跟蹤新的壓電陶瓷片的頻率 而工作。 水位控制和偏置電路。 電路中的超聲換能器（又稱(chēng)霧化頭）和其上 安裝的兩根水位控制觸針， 他們是浸沒(méi)